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家電產品U形件彎曲回彈有限元分析

發布于:2024-02-07 20:33
有限元分析

      家電產品在整個制造業領域占有舉足輕重的地位。在家電產品的設計、制造上,除了制冷、電器控制系統上的難點之外,復雜沖壓件的成形也是家電產品制造中的難點之一。冰箱豎梁等零件都是“U形件”結構件,其彎曲成形過程中的回彈量控制,將直接影響到家電產品開發的成敗。
      對于“U形件”來說,回彈包含兩方面的容:角部角度的回彈和側壁卷曲。角度回彈是指板料經過彎曲,零件中的彈性變形釋放導致的最終彎曲角度的變化。而側壁卷曲則是毛坯料在拉力的作用下,經過凹模圓角,彎曲、展開變形的結果。由于殘余應力的釋放,導致相應區域的卷曲。
      形狀復雜的沖壓零件,由于沖壓時材料流動極其復雜,利用板料沖壓的有限元數值模擬技術,確定合理的毛坯外形尺寸和優化各種模具結構參數,對提高產品質量、降低制造成本和縮短開發周期有著重要的作用。
      DYNAFORM-PC軟件是美國ETA公司與LSTC公司合作推出針對板料成形數值模擬的專業化有限元分析軟件,能提供豐富高效的單元類型,能模擬彎曲、翻邊、拉伸、成形、壓筋和擴(縮)口等絕大部分成形工藝以及多工序沖壓成形,能確定沖壓件的最大應力(變)部位、輸出厚向應變圖、VonMises等效應力分布圖和具有真實感的成形過程動畫。目前DY-NAFORM己在世界各大汽車、航空、鋼鐵公司以及眾多的大學和科研單位得到了廣泛的應用。下面以家電產品上常用的碳素結構鋼Q215A為例,試樣尺寸為100mm×30mm×0.2mm,采用DY-NAFORM-PC軟件對“U形件”彎曲回彈進行模擬。
      該試樣“U形件”彎曲模擬過程及分析如下:(1)有限元數值模型圖為二維對稱有限元數值模型,圖給出了零件的主要幾何參數。零件處于平面應變狀態。有限元網格如圖所示,采用雙線性四邊形單元。
      經過網格劃分,坯料展開,毛坯網格設定,模型檢查,確定凸模、毛坯、凹模、壓料板的相對位置等步驟,得到凸模位移曲線。
      后處理結果中提供了零件的成形信息,如零件的變形情況、主應力分布、副應力分布、平面應變向量等。
      圖顯示,加載過程分為3個階段:彈塑性變形階段、塑性變形階段和零件被壓緊階段。圖為零件溫度分布圖。
      圖表示了中間過程和加載終了時零件的溫度分布情況。高溫區表明零件經歷了大的塑性變形。盡管模具與零件相互接觸,但由于板料厚度較小,故溫度在零件厚度方向上的變化可以忽略不計。
      圖表示加載過程中零件的有效應變分布情況。與溫度分布情況不同的是,可以看到:在板料厚度方向上,有效應變有較大的變化。不論板料厚度大小,這是彎曲零件應變分布的主要特征。在凸模圓角附近,零件內部有相對較大的應變值,(1)凹模圓角半徑。凹模圓角半徑對回彈的影響程度較;(2)凸、凹模間隙與“U形”零件的負回彈幾乎呈線性關系,間隙值越大,回彈值越大;(3)壓邊力對“U形件”彎曲回彈的影響。壓邊力較小時,回彈隨著壓邊力的增大而增加;相反,壓邊力較大時,回彈隨著壓邊力的增大而減小。對應于回彈的最大值,存在某一壓邊力值。同時,還可以找到一壓邊力數值,使得回彈基本消失。(4)摩擦因數對“U形件”彎曲回彈的影響。隨著摩擦因數的增加,零件的負回彈有一定程度的減小。但當μ大于某一數值時,回彈均為正值。這種趨勢說明,采用合適的潤滑劑,可以減小回彈值。
      文中的研究確定影響“U形件”回彈的諸多因素,提出了一些減小回彈的方法。將研究結果用于沖壓生產的工程實踐,進行生產的過程控制和零件質量控制,為模具制造和沖壓生產從業人員提供有益的參考。


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